JPH06192702A - 粉末層形成方法 - Google Patents

粉末層形成方法

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JPH06192702A
JPH06192702A JP5083522A JP8352293A JPH06192702A JP H06192702 A JPH06192702 A JP H06192702A JP 5083522 A JP5083522 A JP 5083522A JP 8352293 A JP8352293 A JP 8352293A JP H06192702 A JPH06192702 A JP H06192702A
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drum
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layer
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 所望のスペースの厚さを有する粉末層を形成
するため粉末を分布する装置及び方法を提供する。 【構成】 ドラム１１６と、ドラム１１６を目標区域１
０２の一端１１０から他端１１２に向けて移動させる機
構１２６と、ドラムを回転させる機構１１６−１２４と
を有し、この際ドラムの回転方向を、ドラムの移動方向
と逆方向になるようにする。粉末分与は開口１０８から
行われ、逆回転ドラムが粉末の山を端１１２に向けてな
らし、ドラム１１６の背後に粉末層を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、粉末を粉末層として分
与する方法及び装置に関するものである。さらに詳しく
は、粉末を選択的に焼結して部品を製造するため指向エ
ネルギービームを使用する場合などにおいて粉末層を形
成する方法および装置に関するものである。さらに詳し
くは、本発明は複数の粉末層を選択的に焼結して所望の
部品を積層的に構成するコンピュータ支援レーザ装置に
おける粉末層の分与、形成に関するものである。又本発
明は、粉末層分与機構と、粉末温度を調整するために目
標区域に対して空気流を送る機構とに関するものであ
る。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】通常の部品製造法の経
済性は、一般に製造される部品の数量と、仕上がり部品
の所望の材質とに関連している。例えば、大規模鋳造お
よび押し出し技術は多くの場合にコスト的に有利である
が、この生産方法は一般に少量生産、すなわち交換部品
または原型の製造には不適当である。このような通常の
部品製造法の多くは特殊の機械加工を必要とする。粉末
冶金法さえも粉末成形用ダイス型を必要とするので、小
規模生産には不向きである。
【０００３】小数の部品のみが望まれる場合、一般にそ
の製造のためには不利な機械加工を含む通常の製造法が
使用される。このような不利な製造法においては、素材
ブロックから材料を切り出して、これを複雑な形状に加
工する。機械加工の例は、フライス削り、穴あけ、研
磨、旋盤切断、炎切断、放電加工などである。このよう
な通常の機械加工法は所望の部品を製造するには有効で
あるが、多くの点において問題がある。
【０００４】第１に、このような加工法は多量の廃棄物
を生じる。またこのような加工法は、適当な加工手順と
工具の準備のために最初に多額の費用を必要とする。準
備時間そのものがコスト高の原因になるのみならず、こ
れは人間の判断と技能を多分に必要とする。もちろん、
小数の部品のみを製造する場合、これらの問題点がさら
に重大となる。
【０００５】このような通常の機械加工に伴う他の問題
は工具の摩耗であって、これは、工具の交換コストがか
かるのみならず、工具が摩耗するに従って加工精度が低
下する。機械加工によって製造される部品の精度と公差
に関するもう１つの制限的要因は特定の工作機械に固有
の公差限度である。例えば通常のフライス盤または旋盤
において、親ネジおよびウエイは一定の公差に製造さ
れ、この事が工作機械によって部品を製作する際の公差
を制限する。もちろん工作機械の年齢と共に、得られる
公差が減少する。
【０００６】最後にこのような工作機械による加工法の
問題は、多数の部品形状を製造する事が困難または不可
能な事である。すなわち、通常の加工法は一般に、対称
形部品および外部のみが加工される部品の製造に最も適
している。しかし所望の部品が異常な形状を有しあるい
は内部特徴を有する場合、加工が困難になり、またしば
しば部品の製造のためにセグメントに分割しなければな
らない。多くの場合、部品上の工具設置に関する制限の
故に、特定の形状の部品製作が不可能である。すなわち
工具の寸法と形状から、所望構造の部品の製造のための
工具アクセスが困難となる。
【０００７】さらに付加的な加工法が存在する。例え
ば、メッキ、クラッディング、およびある種の溶接工程
は、素材基質に対して材料が付加されるが故に付加的加
工である。近年、他の型の付加的加工法が開発された。
これは、レーザビームを使用して、素材製品上に材料を
被覆または堆積させるにある。例えば、米国特許第４，
１１７，３０２号、第４，４７４，８６１号、第４，３
００，４７４号、および第４，３２３，７５６号があ
る。これら最近のレーザ加工法は、主として予め機械加
工された製品に対して被覆を被着するにある。このよう
なレーザ被覆法のみによって得られる冶金学的特性を得
るため、この方法がしばしば使用されている。代表的に
はこのレーザ被覆法において、素材製品を回転させ、被
覆材料を製品上に噴霧しながらレーザをその固定位置に
指向すると、レーザが被覆を製品上に溶着する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前述の問題点は大部分、
本発明の方法および装置によって解決される。本発明は
指向されたエネルギービーム（レーザなど）を使用し、
殆んどすべての三次元部品の製造に適している。本発明
の方法は付加法であって、目標区域に粉末が分与され、
そこでレーザが選択的に粉末を焼結して、焼結層を形成
する。本発明は積層法であって、仕上がり部品が形成さ
れるまでに、各層が相互に接合される。本発明の方法は
特定の型の粉末に限定される事なく、プラスチック、金
属、重合体、セラミックスの粉末または複合材料に適用
される。
【０００９】一般的に言って、本発明の装置は、部品を
製造する目標区域にビームを選択的に放出するレーザま
たはその他の指向性エネルギー源を含む。粉末分与系が
目標区域上に粉末を堆積する。目標区域上に展張された
粉末層を焼結するために、レーザ制御機構がレーザビー
ムの標的を移動させ、またレーザを変調する。制御機構
は、部品の所望の層を生じるように、限定された境界内
部の粉末のみを選択的に焼結する。制御機構によってレ
ーザが粉末層を逐次に選択的に焼結して、相互に焼結さ
れた複数層から成る全体部品を形成する。各焼結区域の
境界が部品のそれぞれの断面区域に対応する。好ましく
は、制御機構は、各層について境界を特定するためのコ
ンピュータ、例えばＣＡＤ／ＣＡＭ系を含む。すなわ
ち、コンピュータは部品の全体寸法と形状のデータを与
えられると、各層について境界を特定し、特定された境
界に対応してレーザ制御機構を作動する。あるいは、最
初から各層の特定の境界をコンピュータにプログラミン
グ入力する事ができる。
【００１０】好ましい実施態様において、レーザ制御機
構は、目標区域中においてレーザビームを指向する機構
と、目標区域中において粉末を選択的に焼結するためレ
ーザビームをオンオフ変調する機構とを含む。１つの実
施態様において、指向機構は、レーザビームの標的を目
標区域の連続ラスタ走査モードで動かすように作動す
る。レーザビームの標的がそれぞれの層の特定の境界内
部にある時にのみ粉末が焼結されるように、変調機構が
レーザビームをオンオフ変調する。あるいはレーザビー
ムがそれぞれの層の特定境界内部のみを連続的に焼結で
きるように、指向機構がレーザビームを境界内部のみに
指向する。
【００１１】好ましい実施態様において、指向機構が、
検流計によって駆動される一対の反射鏡を使用して、レ
ーザビームを目標区域の反復ラスタ走査モードで移動さ
せる。第１反射鏡がレーザビームを第２反射鏡に反射
し、この第２反射鏡がレーザビームを目標区域の中に反
射する。検流計による第１反射鏡の運動がレーザビーム
を目標区域中において第１方向に移動させる。同様に、
第２反射鏡の運動がレーザビームを目標区域中において
第２方向に移動させる。好ましくは、第１方向と第２方
向が相互に直交するように、両方の反射鏡が相対的に配
置される。このような構造により、本発明の好ましい実
施態様としてのラスタ走査パタンを含めて、目標区域中
の種々の型の走査パタンが可能である。
【００１２】本発明の部品製造法は、粉末の第１部分を
目標面上に堆積する段階と、目標面に沿って指向エネル
ギービーム（好ましくはレーザビーム）の標的を走査す
る段階と、第１粉末部分の第１層を目標面上において焼
結する段階とを含む。第１層は、部分の第１断面区域に
相当する。レーザビームの標的が第１層を画成する境界
内部にある時に指向エネルギー源を走査する事によって
粉末を焼結する。粉末の第２部分を第１焼結層の上に堆
積させ、レーザビームの標的を第１焼結層の表面に沿っ
て走査する。レーザビームの標的が第２粉末部分の第２
層の境界内部にある時に指向エネルギー源を走査する事
によって、第２層を焼結する。第２層の焼結は同時に第
１層と第２層を接合させ一体として結合体（ｃｏｈｅｓ
ｉｖｅｍａｓｓ）を形成する。先に焼結された層の上に
逐次に粉末部分を堆積させ、各堆積層を逐次焼結させ
る。１つの実施態様として、粉末を連続的に目標区域の
中に堆積させる。
【００１３】好ましい実施態様において、レーザビーム
の標的がそれぞれの層の境界内部に指向されている時に
粉末が焼結されるように、レーザビームがラスタ走査中
にオンオフ変調される。好ましくはレーザビームはコン
ピュータによって制御される。このコンピュータはＣＡ
Ｄ／ＣＡＭ系を含み、この場合、製造される部品の全体
寸法と形状に関するデータをコンピュータに与え、この
コンピュータが部品の各目標区域の境界を確定する。コ
ンピュータは、確定された境界を使用して、部品の断面
区域に対応して各層の焼結を制御する。他の実施態様に
おいては、コンピュータは部品の各断面区域の境界デー
タのみをプログラミングされる。
【００１４】さらに本発明の他の実施態様は、目標区域
上に粉末を平坦層として分布する装置を含む。好ましく
は、この分布装置は、ドラムと、ドラムを目標区域に沿
って移動させる機構と、ドラムが移動する際にこれを逆
回転させる機構とを含む。ドラム移動機構は、好ましく
は所望厚さの粉末層を生じるように、ドラムを目標区域
上方に所望間隔に保持する。ドラムは逆回転されながら
目標区域に沿って移動し、運動方向に粉末を放出し、そ
の背後に所望厚さの粉末層を残す。
【００１５】さらに他の実施態様において、粉末温度を
調整するための下向き送気機構が配備される。この機構
は、目標区域を画成する支持体と、目標区域に空気を送
る機構と、目標区域に達する前に空気温度を制御する機
構とを含む。支持体は、粉末を堆積させる多孔媒体と、
この媒体に隣接するプレナムとを含む。このようにし
て、温度制御された空気が目標区域中の粉末に送られ、
目標区域中の焼結粉末と非焼結粉末の温度制御を進行さ
せる。
【００１６】前記の説明から明らかなように、本発明の
方法および装置は、公知の部品製造法に伴う多くの問題
を解決する。第１に、原型部品の製造および限られた量
の交換部品の製造に好適である。さらに本発明の方法お
よび装置は、通常法によっては得られない複雑構造の部
品の製造が可能である。さらに本発明は、部品製造公差
に対する制限要因としての工具摩耗および機械設計誤差
を除去する。最後に本発明の装置をＣＡＤ／ＣＡＭ環境
の中に入れた場合、多数の交換部品をコンピュータの中
にプログラミングし、最小限のセットアップまたは人間
介入をもって容易に製造する事ができる。
【００１７】付図について述べれば、図１は本発明によ
る装置全体の分解斜視図を示す。全体として、装置１０
はレーザ１２と、粉末分与器１４と、レーザ制御手段１
６とを含む。さらに詳しくは、粉末分与器１４は、粉末
２２を受けるホッパ２０を有し、このホッパは排出口２
４を有する。この排出口２４は粉末を目標区域２６の中
に分与するように配向され、この区域２６は図１におい
ては全体的に包囲構造２８によって画成される。もちろ
ん、粉末２２を分与するために他の多くの実施態様が可
能である。
【００１８】レーザ１２の構成要素を図１において多少
略示的に示し、これはレーザヘッド３０、安全シャッタ
３２およびフロントミラー組立体３４とを含む。使用さ
れるレーザの型は多くのファクタに依存し、特に焼結さ
れる粉末２２の型に依存している。図１の実施態様にお
いては、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ（レーザメトリックス９５
００Ｑ）を使用した。これは、連続モードの１００ワッ
ト最高出力を有し、連続モードまたはパルスモードで作
動する事ができる。レーザ１２のレーザビーム出力は、
赤外線に近い約１０６０ｎＭの波長を有する。図１に図
示のレーザ１２は、約１キロヘルツ乃至４０キロヘルツ
の選択範囲と約６ナノ秒の持続時間とを有する内部パル
スレート発生器を含む。パルスモードまたは連続モード
のいずれにせよ、レーザ１２は図１の矢印によって示さ
れた通路に沿って走行するレーザビームを選択的に発生
するように、オンオフ変調される事ができる。
【００１９】レーザビームを焦点合わせするため、集束
レンズ３６と３８が図１に図示のようにレーザビームの
走路に沿って配置されている。集束レンズ３８を使用す
るだけでは、この集束レンズ３８とレーザ１２との間隔
を変動する事によって真焦点の位置を容易に調節する事
ができない。レーザ１２と集束レンズ３８との間に配置
された集束レンズ３６は、この集束レンズ３６とレーザ
１２との間に虚焦点を作る。集束レンズ３８と虚焦点と
の間隔を変動させる事により、集束レンズ３８のレーザ
１２と反対側のレーザビーム走路に沿って真焦点を制御
する事ができる。近年、光学分野で多くの進歩が成さ
れ、レーザビームを一定の位置に効率的に焦点合わせす
るためのその他の多くの方法が存在する。
【００２０】さらに詳しくは、レーザ制御手段１６はコ
ンピュータ４０と走査系４２とを含む。好ましい実施態
様において、コンピュータ４０はレーザ制御用マイクロ
プロセッサと、データ発生用ＣＡＤ／ＣＡＭシステムを
含む。図１に図示の実施態様において、パソコンが使用
され（Ｃｏｍｍｏｄｏｒｅ６４）、その主アトリビュー
トはアクセシブルインターフェースポートと、ノンマス
カブル割り込みを発生するフラグラインとを含む。
【００２１】図１に図示のように、走査系４２は、レー
ザビームの走路を方向変換するプリズム４４を含む。も
ちろん装置１０の具体的レイアウトが、レーザビーム走
路の操作のために単数のプリズムを必要とするか複数の
プリズム４４を必要とするかを決定する際の基本的ファ
クタである。また走査系４２はそれぞれの検流計４８、
４９によって駆動される一対の反射鏡４６、４７を含
む。検流計４８、４９は、それぞれの反射鏡４６、４７
を選択的に配向するようにそれぞれの反射鏡に連結され
る。検流計４８、４９は相互に直角に取り付けられ、従
って反射鏡４６、４７が相互に直角に取り付けられる。
関数発生ドライバー５０が検流計４８の運動を制御し
（検流計４９は検流計４８の運動に従属させられる）、
従ってレーザビームの標的（図１において矢印で示す）
が目標区域２６の中において制御される。図１に図示の
ように、ドライバー５０はコンピュータ４０に対して作
動的に連結されている。走査系４２として使用するた
め、他の走査法、例えば音響−光学スキャンナー、回転
多角形反射鏡、および共鳴反射鏡スキャンナーを使用す
る事ができる。
【００２２】図２は本発明によって製造される物品の一
部および目標区域に対するレーザビームのラスタパタン
を示す斜視図である。図２において、部品５２の一部が
略示され、これは４層５４−５７から成る。レーザビー
ム６４の標的はラスタ走査パタン６６である。この明細
書において、「標的」は方向を示す中立的用語であっ
て、レーザ１２の変調状態を意味するものではない。便
宜上、軸線６８は急速走査軸線とし、軸線７０は低速走
査軸線とする。軸線７２は部品の形成方向である。
【００２３】図６と図７において、粉末分与器２０の他
の実施態様を示す。全体として、支持体１００が目標区
域１０２を画成し、この区域に対してレーザビーム６４
の標的が指向される（図１）。ホッパー１０４が粉末１
０６を開口１０８から目標区域１０２に分与する。計量
ローラ（図示されず）が開口１０８に配置され、このロ
ーラが回転された時に、一定量の粉末を目標区域１０２
の末端１１０に線状に配置する。
【００２４】ならし機構１１４が粉末の山１０６を目標
区域の他端１１２に向かって広げる。ならし機構１１４
は、外側に刻み付き面（ｋｎｕｒｌｅｄ ｓｕｒｆａｃ
ｅ）を備えた円筒形ドラム１１６を含む。バー１２０上
に取り付けられたモータ１１８が滑車１２２とベルト１
２４を介してドラム１１６に連結されてこれを回転させ
る。
【００２５】またならし機構１１４はドラム１１６を目
標区域の一端１１０と他端１１２との間を移動させる機
構１２６を備える。機構１２６は、バー１２０を水平方
向および垂直方向に移動させるＸ／Ｙテーブル１２８を
含む。すなわち、このテーブル１２８が固定され、プレ
ート１３０がテーブル１２８に対して選択的に可動であ
る。
【００２６】製造中の製品の温度を制御するための他の
実施態様を図８に示す。レーザビームによってまだ走査
されていない粒子の温度と既に走査された粒子の温度と
の差異の故に、製造中の製品の望ましくない収縮の生じ
る事が観察された。温度制御された空気の目標区域を通
しての下降流がこのような望ましくない温度差を調整で
きる事が発見された。図８に示す温度制御された空気の
下方送気装置１３２は焼結される粉末粒子の上層と空気
との間の熱交換によって前記のような収縮を低減させ
る。この熱交換が焼結される粒子の上層の温度を調整
し、上層の平均温度を制御し、製造される製品から体積
熱を除去する事によって製品が非焼結物質に成長する事
を防止する。流入する空気の温度は、粉末の軟化点以上
とするが、十分な焼結の生じる温度以下に調節される。
【００２７】下方送気装置１３２は、目標区域１３６を
画成する支持体１３４と、空気を目標区域に向かって送
る手段と、電気抵抗１４２など流入空気の温度を制御す
る機構などを含む。空気を目標区域に送る手段は、支持
体１３４を包囲するチャンバ１３８と、送気ファン１４
０および／または吸引ファン１４１とを含む。窓１４４
がビーム６４（図１）の標的を目標区域１３６に対して
導入する。図１または図７に図示のような粉末分与機構
（図示されず）が少なくとも部分的にチャンバ１３８の
中に配置されて、粉末を目標区域１３６の上に分与す
る。
【００２８】支持体１３４はハニカム状多孔質媒体１４
８の上にフィルタ媒体１４６（細孔紙）を支持する。空
気を集めて出口１５２に送るためにプレナム１５０が配
置される。もちろん出口１５２は真空源１４１またはそ
の他の空気処理機構に接続される。
【００２９】
【操作】本発明の基本的着想は層ごとに部品を形成する
にある。すなむち部品は複数の別々の断面区域からなる
ものとみなされ、これらの区域が積層されて部品の三次
元構造を成す。それぞれの断面区域は二次元境界によっ
て画成され、もちろん各区域がそれぞれ独特の境界を有
する事ができる。また好ましくは各層の厚さ（軸線７２
方向の寸法）は一定とする。
【００３０】本発明の方法においては粉末２２の第１部
分が目標区域２６の中に配置され、レーザビーム６４に
よって選択的に焼結されて、第１焼結層５４を作る（図
２）。この第１焼結区域５４は所望の部品の第１断面区
域に相当する。レーザビームは配置された粉末２２を画
成された境界内部においてのみ選択的に焼結する。
【００３１】もちろん、粉末２２を選択的に焼結する他
の方法がある。一つの方法はレーザビームの標的を「ベ
クトル」方式で指向するにある。すなわちビームが実際
に所望の部分の各断面区域の輪郭と内部を実際にたどる
にある。あるいはビーム６４の標的を反復パタンで操作
し、またレーザ１２を変調させる。図２においてはラス
タ操作パタン６６を使用するが、これはその実施の簡単
さの故にベクトル方式に勝っている。他の方法は、ベク
トル方式とラスタ操作方式とを組合せ、一つの層の所望
の境界をベクトル方式でたどり、境界の内部をラスタ操
作モードで照射するにある。もちろん選ばれる方法につ
いて選択の余地がある。例えばラスタモードは、ベクト
ルモードと比較して、ラスタパタン６６の軸線６８、７
０に対して平行でない円弧および線を近似するにすぎな
い点で不利である。場合によっては、ラスタパタンモー
ドで製造される時に部品の解像度が低下する。しかしラ
スタモードは実施の簡単さの故にベクトルモードに勝っ
ている。
【００３２】図１に戻って、目標区域２６において連続
ラスタパタンでレーザビーム６４の標的が走査される。
ドライバ５０はラスタパタン６６（図２）を生じるよう
に検流計４８、４９を制御する。反射鏡４６の運動は急
速走査軸線６８（図２）に沿ったレーザビーム６４の標
的の運動を制御するのに対して、反射鏡４７の運動は低
速走査軸線７０に沿ったレーザビーム６４の標的の運動
を制御する。
【００３３】コンピュータ４０は次に作られる部品の断
面区域に関する情報を保持している。従って、バラバラ
の粉末２２の一部が目標区域２６の中に分与され、レー
ザビーム６４の標的がその連続ラスタパタンで動かされ
る。ラスタパタン６６の中において所望の間隔でレーザ
ビームを選択的に発生するように、コンピュータ４０が
レーザ１２を変調する。このようにして、レーザ１２の
指向ビームが目標区域２６の中において粉末２２を選択
的に焼結して、所望の断面区域の境界を有する所望の焼
結層が得られる。このプロセスを層ごとに繰り返し、各
層を相互に焼結して、凝集部品、例えば図２の部品５２
を製造する。
【００３４】図１に図示のレーザヘッド３０の比較的低
い出力の故に、粉末２２はこの低い出力と両立する低い
融解熱のプラスチック材料（例えばＡＢＳ）から成る。
本発明の装置１０によって製造された部品について、数
種の後形成処理が考えられる。例えば、このようにして
製造された部品を原型モデル、すなわち砂形鋳造あるい
はろう型鋳造の金型として使用する場合には、後形成処
理は必要ない。また他の場合には、製造された部品の一
部を緊密な公差に設計するために、ある程度の後形成加
工が実施される。あるいは、ある種の型の部品は特定の
材料特性を有する必要があり、これは部品の熱処理およ
び／または化学処理によって実施される。例えば、粉末
２２の粒径は、開放気孔を有する部品を製造するように
設定する事ができ、またエポキシなどの物質を部品中に
噴射すれば、所望の噴射特性、例えば、圧縮強さ、耐摩
性、均質性などが得られる。
【００３５】粉末２２の性能を改良する２、３の特性が
確認された。第１に、カーボンブラックなどの顔料の添
加によって、粉末の吸収エネルギーを制御する事ができ
る。添剤の濃度と組成の調節によって、粉末の吸収率ｋ
を制御する事ができる。一般にエネルギー吸収率は下記
の指数崩壊関係式によって支配される。 Ｉ（ｚ）＝Ｉｏ ｅｘｐ（ｋＺ） ここにＩ（ｚ）は表面に対する垂直距離ｚにおける粉末
中の最適吸収エネルギー強さ（単位面積当たり粉末）、
ＩｏはＩの表面値（表面におけるエネルギー強さ）、ま
たｋは吸収率とする。吸収率ｋの調節と一定量のビーム
エネルギー量を吸収する層の厚さの調節によって、この
工程中に吸収されるエネルギーを全体的に制御する事が
できる。
【００３６】粉末の他の重要な特性は、粒子のアスペク
ト比（すなわち粒子の最大寸法と最小寸法の比）であ
る。すなわち、ある範囲のアスペクト比を有する粒子
は、部品の収縮中に湾曲する傾向がある。低いアスペク
ト比を有する粒子、すなわち殆んど球形の粒子の場合、
部品の収縮はより三次元的となり、より大きな湾曲を生
じる。高いアスペクト比を有する粒子（例えばフレーク
状またはロッド状）の粒子を使用する場合、収縮は主と
して垂直方向に生じ、部品の湾曲度を減少させまたは除
去する。高いアスペクト比の粒子はより大きな結合自由
度を有するものと考えられ、粒子間接触は優先的に水平
面に配向されて、収縮は主として垂直方向に生じる。
【００３７】図６と図７について説明すれば、分与機構
１１４は、製造中の部品を乱す事なく目標区域１０２の
中において制御された平坦な粉末層を生じる事を見出し
た。秤量された粉末量１０６が目標区域１０２の末端１
１０に堆積される。粉末が分与された時にドラム１１６
を末端１１０から移動させる。図７に図示のように、粉
末が山状に分与された後、プレート１３０とバー１２０
（および付属の機構）が垂直に上昇される。プレート１
３０がホッパ１０４の方に移動して、ドラム１１６を末
端１１０に沿った粉末の山に隣接する位置にもってく
る。そこでドラム１１６を下降させて粉末の山と接触さ
せ、目標区域１０２に沿って水平方向に移動させて、粉
末の山を平坦な層状に広げる。もちろん、テーブル１２
８に対するプレート１３０の正確な位置を制御する事が
できるので、ドラム１１６と目標区域１０２の間隔が正
確に制御されて、粉末層に所望の厚さを与える事ができ
る。好ましくは、ドラム１１６と目標区域１０２との間
隔は一定であって、平行運動を生じるが、これ以外の間
隔オプションも可能である。
【００３８】ドラム１１６が目標区域１０２に沿って水
平に末端１１０から他端１１２まで移動される際に、モ
ータ１１８が生かされて、ドラム１１６を逆回転させ
る。図６に図示のように「逆回転」とは、ドラム１１６
が目標区域１０２に沿って水平に移動する方向Ｍに対し
て逆方向Ｒに回転される事を意味する。
【００３９】さらに詳しくは、図６においてドラム１１
６は粉末の山１０６の後端と接触して高速で逆回転され
る。粉末に対するドラムの機械的作用が粉末を運動方向
Ｍに放出するので、放出された粒子が粉末の山の先端区
域１６２に落下する。図６に図示のように、ドラム１１
６の背後に（ドラム１１６と末端１１０との間に）平滑
な平坦粉末層１６４が残される。
【００４０】また図６は、粉末１０６が先に焼結された
粉末１６６あるいは焼結されていない粉末１６８を攪乱
する事なく、目標区域上に分布されうる事を示す。すな
わち、ドラム１１６は、先に形成された層に対して剪断
作用を加える事なくまた製造中の製品を攪乱する事な
く、目標区域に沿って移動される。このような剪断作用
がないので、焼結された粒子１６６と非焼結粒子１６８
とを含む目標区域の脆い基層上に平滑な粉末層１０６を
分布させる事ができる。
【００４１】
【実施例】図３と図４において、部品５２が図示されて
いる。この図から明らかなように部品５２は対称的でな
い異常な形状を有するので、通常の機械加工法を使用し
て製造する事は困難であろう。さらに詳しくは、この部
品５２は内部キャビティ８２と、このキャビティ８２の
中に配置された柱８４とを有する外側基本構造８０を含
む（図３）。図４は、図１に図示の目標区域２６を画成
する区画構造２８の内部に配置された部品５２を示す。
この図４に見られるように、粉末２２の一部は緩いが、
粉末の他の部分は焼結されて部品５２の構造を成してい
る。図４は垂直断面図であって、部品５２の焼結された
一体化結合部分を斜線で示す。
【００４２】図５は図３の７−７線に沿ってとられた水
平断面区域を示す。この図５は、製造される部品の断面
区域の別個の層８６を示している。図５の焼結された区
域８６は図２のシングルラスタパタン６６の生産物であ
る。
【００４３】
【効果】図示の実施例から明らかなように、複雑な形状
の部品を比較的容易に製造する事ができる。当業者には
明らかなように、図３に示す部品は通常の機械加工法に
よって製造する事が困難である。特にこの部品が比較的
小寸法の場合、キャビティ８２と柱８４を工作機械によ
って製造する事は不可能ではないまでも困難である。
【００４４】通常の工具を使用する場合の問題点を除く
ほか、本発明による製造精度は、工具の摩耗度および機
械成分の精度に依存しない事が理解されよう。すなわ
ち、本発明の方法および装置によって製造される部品の
精度と公差は主としてエレクトロニクス、光学および使
用されるソフトウェアの品質に依存している。もちろん
伝熱作用と素材の問題が達成される公差に影響する。
【００４５】当業者には明らかなように、通常の機械加
工技術は人間の相当の介入と判断とを必要とする。例え
ばフライス削りなどの加工の場合、工具の選択、部品の
割り付け、切削の手順などの人間の思考を必要とする。
テープ制御フライス削り機の制御テープの製造の場合、
このような判断はさらに重要となる。これに対して、本
発明の装置は、製造される部品の各断面区域に関するデ
ータのみが必要である。このようなデータは簡単にコン
ピュータ４０の中にプログラミングする事ができるが、
好ましくはコンピュータ４０がＣＡＤ／ＣＡＭシステム
を含む。すなわちＣＡＤ／ＣＡＭ部分が製造される製品
の全体的寸法と形状を与えられ、コンピュータがこの部
品の各断面区域の境界を決定する。このようにして部品
情報の広大なインベントリーが記憶され、選択的にコン
ピュータ４０に対して送られる。本発明の装置１０は、
セットアップ時間、部品の特殊加工または人間の介入な
しで、特定の部品を製造する事ができる。粉末冶金法お
よび通常の鋳造法に伴う複雑で高価なダイス型の使用が
避けられる。
【００４６】従来の製造技術を使用しても大量生産ライ
ンおよび一部の部品の材料特性を効果的に利用する事が
できるが、本発明の方法および装置１０は多くの関係に
おいて有効である。特に原型と鋳造模型を容易にまた安
価に製造する事ができる。例えば砂型、ロウ型またはそ
の他の鋳造技術において鋳造模型を容易に使用する事が
可能となる。さらに製造数量が非常に少ない場合、例え
ば老朽取り替え部品などの場合、装置１０によるこれら
の部品の製造は非常に有利である。最後に船舶上または
宇宙空間など、製造設備の寸法が限られている場合に、
装置１０を使用する事は有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置の分解斜視図、
【図２】本発明によって製造される部品の一部および目
標区域に対するレーザビームのラスタパタンを示す斜視
図、
【図３】本発明によって製造される部品の一例を示す斜
視図、
【図４】図３の部品の部分断面図、
【図５】図３の７−７線に沿ってとられた断面図、
【図６】製造される部品の層上に配置された粉末を分与
する装置の図式的垂直断面図、
【図７】粉末分与装置の説明的斜視図、
【図８】粉末温度調整装置の図式的説明図。
フロントページの続き (72)発明者 デッカード，カール アール アメリカ合衆国テキサス州、オースチン、 レイク、オースチン、ブールバード、ユ ー、ティー、エム、エッチ、ピー、ナンバ ー、94

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 一つの区域の一端の粉末の山をこの区域
    中に粉末層として分与する装置において、 ドラム手段と、 前記の区域と前記ドラムとの間に所定の間隔をもって、
    前記区域の一端から他端までドラムを移動させる手段
    と、 前記区域の一端から他端までのドラムの移動方向と逆方
    向に前記ドラムを回転させる手段とを含み、 前記ドラムは、逆回転されて前記一端から他端まで移動
    される時に、前記粉末の山と接触して粉末を前記運動方
    向に放出し、このドラム手段と前記一端の間に、近似的
    に前記所望の間隔の厚さを有する粉末層を残すように成
    された粉末分布装置。
  2. 【請求項２】 前記の所望の間隔が一定である請求項１
    に記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記区域が平らであり、前記所望の間隔
    が一定であり、ドラム手段が前記区域に対して平行に移
    動するようにされている請求項１に記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記ドラム手段は実質的に均一な円形断
    面を有する円筒体である請求項１に記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記円筒体が刻み付き外部表面を有する
    請求項４に記載の装置。
  6. 【請求項６】 前記一端に近接して前記粉末の山を堆積
    する手段を含む請求項１に記載の装置。
  7. 【請求項７】 表面の一区域に粉末層を形成する方法に
    おいて：前記区域に近接した位置においてある量の粉末
    を供給し；前記ある量の粉末の位置を越えた位置から前
    記区域を横切ってドラムを移動させ；前記区域を横切っ
    ての前記ドラムの移動の方向とは逆方向にドラムを回転
    させ；そして、 該ドラムが前記区域を横切って移動する間にある量の粉
    末を逆回転ドラムと接触させて、前記移動段階がなされ
    た後前記区域上に粉末層が残されるようにする各段階を
    含む粉末層形成方法。
  8. 【請求項８】 前記移動段階の間、前記区域から所望の
    間隔を保ってドラムを維持するようにする請求項７に記
    載の方法。
  9. 【請求項９】 前記所望の間隔は、前記区域から一定の
    距離にあり、かつ前記区域は平らである請求項８に記載
    の方法。
  10. 【請求項１０】 前記ドラムの表面が粗い肌理を有する
    請求項７に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記ドラムの表面が刻みが付けられた
    ものである請求項７に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記供給工程が、前記区域に近接した
    位置に粉末の山を堆積することから成る請求項７に記載
    の方法。
  13. 【請求項１３】 前記粉末が焼結され得るものである請
    求項７に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 前記粉末を含む前記表面の前記区域が
    焼結された状態の部分と、非焼結状態の部分とを有する
    請求項１３に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 前記接触及び移動段階において、前記
    ドラムと前記粉末との接触の結果として粉末が移動の方
    向に射出させられる請求項７に記載の方法。
  16. 【請求項１６】 前記供給段階が、前記区域に近接した
    前記位置において、計量した量の粉末を供給することか
    ら成る請求項７に記載の方法。
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